JPH09266332A - 積層型圧電素子及びその製造方法並びに分極方法 - Google Patents
積層型圧電素子及びその製造方法並びに分極方法Info
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- JPH09266332A JPH09266332A JP9930596A JP9930596A JPH09266332A JP H09266332 A JPH09266332 A JP H09266332A JP 9930596 A JP9930596 A JP 9930596A JP 9930596 A JP9930596 A JP 9930596A JP H09266332 A JPH09266332 A JP H09266332A
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Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 積層型圧電素子の分極工程において、鼓状の
変形や内部応力の発生しない、形状寸法精度の優れた積
層型圧電素子の製造方法並びに分極方法及びこの方法に
より得られた積層型圧電素子を提供する。 【解決手段】 圧電材料と内部電極が交互に積層された
圧電層部分と、該圧電層部分の上下に配設された内部電
極を含まない保護層部分とを一体焼成して、加工する積
層型圧電素子の製造方法において、上下の保護層部分の
上面と下面間に電界をかけ、保護層部分と圧電層部分を
同時に分極する工程と、所定の形状に切断加工する工程
を有する積層型圧電素子の製造方法並びに分極方法及び
この方法で製造された積層型圧電素子。
変形や内部応力の発生しない、形状寸法精度の優れた積
層型圧電素子の製造方法並びに分極方法及びこの方法に
より得られた積層型圧電素子を提供する。 【解決手段】 圧電材料と内部電極が交互に積層された
圧電層部分と、該圧電層部分の上下に配設された内部電
極を含まない保護層部分とを一体焼成して、加工する積
層型圧電素子の製造方法において、上下の保護層部分の
上面と下面間に電界をかけ、保護層部分と圧電層部分を
同時に分極する工程と、所定の形状に切断加工する工程
を有する積層型圧電素子の製造方法並びに分極方法及び
この方法で製造された積層型圧電素子。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は積層型圧電素子及び
その製造方法に関するものである。
その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧電材料は、電界によって、ひずみを生
ずる。このひずみの方向は、圧電素子内でランダムな方
向に向いており、このままでは電界によって起こるひず
みが相殺され変位しない。しかし、ある一定以上の電界
を加えるとひずむ方向が揃ってくる。これを分極処理と
いう。したがって、圧電素子は、使用前に必ず分極処理
が行われる。
ずる。このひずみの方向は、圧電素子内でランダムな方
向に向いており、このままでは電界によって起こるひず
みが相殺され変位しない。しかし、ある一定以上の電界
を加えるとひずむ方向が揃ってくる。これを分極処理と
いう。したがって、圧電素子は、使用前に必ず分極処理
が行われる。
【０００３】従来、積層型圧電素子は、圧電材料と内部
電極とが交互に積層された圧電層部分と、該圧電層部分
の上下に配設された内部電極を含まない保護層部分とか
らなり、圧電層部分の側面に外部電極を形成して内部電
極と一層おきに接続し、この外部電極を通して圧電素子
の内部電極間に電界をかけ、分極処理を行っている。こ
の分極処理に伴い、圧電素子は電界方向に伸びると共に
垂直方向に縮み、鼓状に変形する。
電極とが交互に積層された圧電層部分と、該圧電層部分
の上下に配設された内部電極を含まない保護層部分とか
らなり、圧電層部分の側面に外部電極を形成して内部電
極と一層おきに接続し、この外部電極を通して圧電素子
の内部電極間に電界をかけ、分極処理を行っている。こ
の分極処理に伴い、圧電素子は電界方向に伸びると共に
垂直方向に縮み、鼓状に変形する。
【０００４】図４は従来の製造方法により分極処理した
圧電素子の概略断面図である。図４において１は内部電
極、２は一層おきに内部電極と接続された外部電極、３
は圧電材料である。１１は圧電材料３と内部電極１が交
互に積層された圧電層部分、１２は圧電材料のみが積層
されている保護層部分である。前記のような従来の積層
型圧電素子の分極方法では、外部電極２に電圧をかけ、
異なる外部電極２に接続された内部電極１間に高電界が
作用するため圧電層部分１１は分極されるが、保護層部
分１２には電界がかからず、分極されない。このため、
分極処理された圧電層部分１１は電界方向に伸びると共
に垂直方向に縮むが、保護層部分１２は分極されないた
め大きさが変わらず図４に示すように圧電素子は鼓状に
変形し、保護層部分１２と圧電層部分１１の境界に応力
が発生する。
圧電素子の概略断面図である。図４において１は内部電
極、２は一層おきに内部電極と接続された外部電極、３
は圧電材料である。１１は圧電材料３と内部電極１が交
互に積層された圧電層部分、１２は圧電材料のみが積層
されている保護層部分である。前記のような従来の積層
型圧電素子の分極方法では、外部電極２に電圧をかけ、
異なる外部電極２に接続された内部電極１間に高電界が
作用するため圧電層部分１１は分極されるが、保護層部
分１２には電界がかからず、分極されない。このため、
分極処理された圧電層部分１１は電界方向に伸びると共
に垂直方向に縮むが、保護層部分１２は分極されないた
め大きさが変わらず図４に示すように圧電素子は鼓状に
変形し、保護層部分１２と圧電層部分１１の境界に応力
が発生する。
【０００５】また、分極処理は通常、大きなブロックで
作成された圧電素子をいくつかに切断、研磨加工し、所
定の大きさの素子にした後に行われるため、分極により
前記のように変形し、寸法精度が悪くなる。従って、こ
の変形をなくし、内部に応力が発生しない積層型圧電素
子の製造方法が強く望まれていた。
作成された圧電素子をいくつかに切断、研磨加工し、所
定の大きさの素子にした後に行われるため、分極により
前記のように変形し、寸法精度が悪くなる。従って、こ
の変形をなくし、内部に応力が発生しない積層型圧電素
子の製造方法が強く望まれていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、積層型圧電
素子の分極工程において、鼓状の変形や内部応力の発生
しない、形状寸法精度の優れた積層型圧電素子の製造方
法並びに分極方法及びこの方法により得られた積層型圧
電素子を提供することを目的とする。
素子の分極工程において、鼓状の変形や内部応力の発生
しない、形状寸法精度の優れた積層型圧電素子の製造方
法並びに分極方法及びこの方法により得られた積層型圧
電素子を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明は圧電材料と内部電極とが交互に積層された
圧電層部分と、該圧電層部分の上下に配設された内部電
極を含まない保護層部分とを一体焼成して得られる積層
型圧電素子において、前記保護層部分と前記圧電層部分
双方が分極されていることを特徴とする積層型圧電素子
を提供する。
に、本発明は圧電材料と内部電極とが交互に積層された
圧電層部分と、該圧電層部分の上下に配設された内部電
極を含まない保護層部分とを一体焼成して得られる積層
型圧電素子において、前記保護層部分と前記圧電層部分
双方が分極されていることを特徴とする積層型圧電素子
を提供する。
【０００８】また本発明によれば圧電材料と内部電極と
が交互に積層された圧電層部分と、該圧電層部分の上下
に配設された内部電極を含まない保護層部分とを一体焼
成して加工する積層型圧電素子の製造方法において、上
下の保護層部分の上面と下面間に電界をかけ、保護層部
分と圧電層部分を同時に分極する工程と、所定の形状に
切断加工する工程を有することを特徴とする積層型圧電
素子の製造方法により課題を解決しようとするものであ
る。さらに上記保護層部分と圧電層部分を同時に分極す
る工程が、上下の保護層部分の表面に分極用電極を設
け、該分極用電極間に電圧を印加し、保護層部分と圧電
層部分を同時に分極する方法及び／又は電圧が印加され
た電極間に焼成後の圧電素子を挿入することにより、保
護層部分と圧電層部分を同時に分極する方法を提供す
る。
が交互に積層された圧電層部分と、該圧電層部分の上下
に配設された内部電極を含まない保護層部分とを一体焼
成して加工する積層型圧電素子の製造方法において、上
下の保護層部分の上面と下面間に電界をかけ、保護層部
分と圧電層部分を同時に分極する工程と、所定の形状に
切断加工する工程を有することを特徴とする積層型圧電
素子の製造方法により課題を解決しようとするものであ
る。さらに上記保護層部分と圧電層部分を同時に分極す
る工程が、上下の保護層部分の表面に分極用電極を設
け、該分極用電極間に電圧を印加し、保護層部分と圧電
層部分を同時に分極する方法及び／又は電圧が印加され
た電極間に焼成後の圧電素子を挿入することにより、保
護層部分と圧電層部分を同時に分極する方法を提供す
る。
【０００９】また、圧電材料と内部電極とが交互に積層
された圧電層部分と、該圧電層部分の上下に配設された
内部電極を含まない保護層部分とを一体焼成して得られ
る積層型圧電素子の分極方法において、積層型圧電素子
の上面と下面間に電界をかけ、保護層部分と圧電層部分
の双方を分極することを特徴とする積層型圧電素子の分
極方法により課題を解決しようとするものである。
された圧電層部分と、該圧電層部分の上下に配設された
内部電極を含まない保護層部分とを一体焼成して得られ
る積層型圧電素子の分極方法において、積層型圧電素子
の上面と下面間に電界をかけ、保護層部分と圧電層部分
の双方を分極することを特徴とする積層型圧電素子の分
極方法により課題を解決しようとするものである。
【００１０】
【作用】本発明によれば保護層部分と圧電層部分の双方
が分極されているため、保護層部分及び圧電層部分の双
方が電界に垂直な方向に同じ様に縮み、同じ大きさにな
るので、保護層部分と圧電層部分の境界部分に応力がか
からない。
が分極されているため、保護層部分及び圧電層部分の双
方が電界に垂直な方向に同じ様に縮み、同じ大きさにな
るので、保護層部分と圧電層部分の境界部分に応力がか
からない。
【００１１】本発明では、焼成後の大きなブロックの状
態で電界を加えると、ブロック全体が分極されるため、
保護層部分と圧電層部分が共に同じ変形を起こす。即ち
保護層部分も圧電層部分も共に積層方向に伸び、垂直方
向に縮む。このため鼓状に変形せず、保護層部分と圧電
層部分の境界には内部応力が発生しない。さらに、切断
加工が分極後に行われるために、加工精度は分極による
変形の影響を受けない。このため、加工精度が低下する
ことはない。
態で電界を加えると、ブロック全体が分極されるため、
保護層部分と圧電層部分が共に同じ変形を起こす。即ち
保護層部分も圧電層部分も共に積層方向に伸び、垂直方
向に縮む。このため鼓状に変形せず、保護層部分と圧電
層部分の境界には内部応力が発生しない。さらに、切断
加工が分極後に行われるために、加工精度は分極による
変形の影響を受けない。このため、加工精度が低下する
ことはない。
【００１２】以下に、実施例に基づき本発明を更に説明
する。
する。
【００１３】
【発明の実施の形態】Pb(Zr,Ti)O3等のセラミックス粉
末をサンドミルで粉砕し、バインダー、分散剤、活性
剤、消泡剤を加えて混練、真空脱泡した後ドクターブレ
ード法を用いてグリーンシートを作製した。得られたグ
リーンシートの厚みは１００ミクロンであった。このシ
ート上にスクリーン印刷法を用いて内部電極として銀パ
ラジウム合金を印刷した。次に１００×１００ｍｍの大
きさに切断した後、内部電極を印刷したシート１３０枚
を積層して圧電部分を用意した。またこれとは別にグリ
ーンシート２０枚を積層しプレス成形して用意した保護
層部分を前記圧電部分の上下に配設して、プレスにて圧
着し、これを加熱脱脂、焼成し、積層型圧電素子のブロ
ックを得た。
末をサンドミルで粉砕し、バインダー、分散剤、活性
剤、消泡剤を加えて混練、真空脱泡した後ドクターブレ
ード法を用いてグリーンシートを作製した。得られたグ
リーンシートの厚みは１００ミクロンであった。このシ
ート上にスクリーン印刷法を用いて内部電極として銀パ
ラジウム合金を印刷した。次に１００×１００ｍｍの大
きさに切断した後、内部電極を印刷したシート１３０枚
を積層して圧電部分を用意した。またこれとは別にグリ
ーンシート２０枚を積層しプレス成形して用意した保護
層部分を前記圧電部分の上下に配設して、プレスにて圧
着し、これを加熱脱脂、焼成し、積層型圧電素子のブロ
ックを得た。
【００１４】こうして得られたブロックの上下の保護層
部分の表面に分極用の電極を焼き付けた後（または乾燥
のみでもよい）、2kV/mmの電界をかけて分極処理を行っ
た。その後、このブロックを、切断研磨加工後、外部電
極を取り付け、積層型圧電素子とした。図１は本製造方
法により分極された積層型圧電素子の概略断面図であ
る。図１において、１は内部電極、３は圧電材料であ
る。１１は圧電材料３と内部電極１が交互に積層された
圧電層部分、１２は圧電材料のみが積層されている保護
層部分である。４は分極処理のために前記保護層部分１
２の表面に設けられた分極処理用の電極である。本製造
方法で作成された積層型圧電素子は圧電層部分と保護層
部分双方を同時に分極するため、図１のように鼓状に変
形しておらず、このため保護層部分１２と圧電層部分１
１の境界で分極処理による応力は発生しない。
部分の表面に分極用の電極を焼き付けた後（または乾燥
のみでもよい）、2kV/mmの電界をかけて分極処理を行っ
た。その後、このブロックを、切断研磨加工後、外部電
極を取り付け、積層型圧電素子とした。図１は本製造方
法により分極された積層型圧電素子の概略断面図であ
る。図１において、１は内部電極、３は圧電材料であ
る。１１は圧電材料３と内部電極１が交互に積層された
圧電層部分、１２は圧電材料のみが積層されている保護
層部分である。４は分極処理のために前記保護層部分１
２の表面に設けられた分極処理用の電極である。本製造
方法で作成された積層型圧電素子は圧電層部分と保護層
部分双方を同時に分極するため、図１のように鼓状に変
形しておらず、このため保護層部分１２と圧電層部分１
１の境界で分極処理による応力は発生しない。
【００１５】また、分極方法はブロックの上下の保護層
部分１２に分極用電極４を設ける方法の他に、電圧を印
加された電極間にブロックを挿入することにより、ブロ
ックに電界をかけ、圧電層部分と保護層部分の双方を同
時に分極してもよい。尚、電極とブロックは密着してい
ても、密着していなくてもよい。
部分１２に分極用電極４を設ける方法の他に、電圧を印
加された電極間にブロックを挿入することにより、ブロ
ックに電界をかけ、圧電層部分と保護層部分の双方を同
時に分極してもよい。尚、電極とブロックは密着してい
ても、密着していなくてもよい。
【００１６】さらに、本製造方法ではブロックで分極処
理を行った後、切断加工を行う製造方法を示したが、本
発明の分極方法のポイントは圧電層部分と保護層部分の
双方が分極されることであり、単位素子に加工後、素子
の上面及び下面に電極を設けるか又は、素子を電圧が印
加された電極間に挿入することにより電界をかけても良
い。
理を行った後、切断加工を行う製造方法を示したが、本
発明の分極方法のポイントは圧電層部分と保護層部分の
双方が分極されることであり、単位素子に加工後、素子
の上面及び下面に電極を設けるか又は、素子を電圧が印
加された電極間に挿入することにより電界をかけても良
い。
【００１７】本発明の製造方法による圧電素子の加工精
度は、高さ±０．０１ｍｍ、平行度０．０１ｍｍで加工
された。従来の方法で作成された素子は、高さ±０．０
１ｍｍ、平行度０．０１ｍｍで加工されてあったが、そ
の後分極により、高さ＋０．００〜＋０．０４ｍｍ、平
行度０．０５ｍｍとなった。
度は、高さ±０．０１ｍｍ、平行度０．０１ｍｍで加工
された。従来の方法で作成された素子は、高さ±０．０
１ｍｍ、平行度０．０１ｍｍで加工されてあったが、そ
の後分極により、高さ＋０．００〜＋０．０４ｍｍ、平
行度０．０５ｍｍとなった。
【００１８】本発明による素子と、従来の方法によって
作成した素子について、保護層部分を接着剤４により板
に固定し駆動試験を行った（図２、図３）。素子に電圧
を印加し駆動すると、圧電部分が電界によって縦方向に
伸び、横方向に縮む。このとき、電界が与えられない保
護層部分は伸縮しないため、鼓型に変形する。従来の方
法による素子は、もともと分極処理の際に変形して内部
応力が溜まっていた上に、さらにこの変位による変形や
内部応力が加わるため、保護層部分と圧電層部分の境界
でクラックが発生するものがあった（図２）。一方、本
発明で得られた素子も駆動により変形するが、分極処理
による変形や内部応力がないためクラックの発生はなか
った（図３）。
作成した素子について、保護層部分を接着剤４により板
に固定し駆動試験を行った（図２、図３）。素子に電圧
を印加し駆動すると、圧電部分が電界によって縦方向に
伸び、横方向に縮む。このとき、電界が与えられない保
護層部分は伸縮しないため、鼓型に変形する。従来の方
法による素子は、もともと分極処理の際に変形して内部
応力が溜まっていた上に、さらにこの変位による変形や
内部応力が加わるため、保護層部分と圧電層部分の境界
でクラックが発生するものがあった（図２）。一方、本
発明で得られた素子も駆動により変形するが、分極処理
による変形や内部応力がないためクラックの発生はなか
った（図３）。
【００１９】
【発明の効果】上述のように、保護層部分を圧電層部分
と共に分極することで、分極処理による鼓状の変形や内
部応力が発生しないため、素子を駆動したとき保護層部
分と圧電層部分の境界付近でクラックによる素子の破壊
が生じない積層型圧電素子を得ることができる。また、
加工精度が上がり、組み付け精度が要求される装置への
対応が極めて容易である。
と共に分極することで、分極処理による鼓状の変形や内
部応力が発生しないため、素子を駆動したとき保護層部
分と圧電層部分の境界付近でクラックによる素子の破壊
が生じない積層型圧電素子を得ることができる。また、
加工精度が上がり、組み付け精度が要求される装置への
対応が極めて容易である。
【図１】本発明実施例による積層型圧電素子の加工後の
断面図である。
断面図である。
【図２】従来の積層型圧電素子の駆動試験の断面図であ
る。
る。
【図３】本発明実施例による積層型圧電素子の駆動試験
の断面図である。
の断面図である。
【図４】従来の積層型圧電素子の分極後の断面図であ
る。
る。
１ 内部電極 ２ 外部電極 ３ 圧電材料 ４ 分極用電極 １１ 圧電層部分 １２ 保護層部分 ２１ 駆動試験により発生したクラックの模式図
Claims (5)
- 【請求項１】 圧電材料と内部電極とが交互に積層され
た圧電層部分と、該圧電層部分の上下に配設された内部
電極を含まない保護層部分とを一体焼成して得られる積
層型圧電素子であって、前記保護層部分と前記圧電層部
分双方が分極されていることを特徴とする積層型圧電素
子。 - 【請求項２】 圧電材料と内部電極とが交互に積層され
た圧電層部分と、該圧電層部分の上下に配設された内部
電極を含まない保護層部分とを一体焼成して、加工する
積層型圧電素子の製造方法において、上下の保護層部分
の上面と下面間に電界をかけ、保護層部分と圧電層部分
を同時に分極する工程と、所定の形状に切断加工する工
程を有することを特徴とする積層型圧電素子の製造方
法。 - 【請求項３】 上記保護層部分と圧電層部分を同時に分
極する工程が、上下の保護層部分の表面に分極用電極を
設ける工程と、該分極用電極間に電圧を印加し、保護層
部分と圧電層部分を同時に分極する工程からなることを
特徴とする請求項２記載の積層型圧電素子の製造方法。 - 【請求項４】 上記保護層部分と圧電層部分を同時に分
極する工程が、電圧を印加された電極間に焼成後の圧電
素子を挿入することにより、保護層部分と圧電層部分を
同時に分極する工程であることを特徴とする請求項２記
載の積層型圧電素子の製造方法。 - 【請求項５】 圧電材料と内部電極とが交互に積層され
た圧電層部分と、該圧電層部分の上下に配設された内部
電極を含まない保護層部分とを一体焼成して得られる積
層型圧電素子の分極方法において、積層型圧電素子の上
面と下面間にに電界をかけ、保護層部分と圧電層部分の
双方を分極することを特徴とする積層型圧電素子の分極
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9930596A JPH09266332A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 積層型圧電素子及びその製造方法並びに分極方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9930596A JPH09266332A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 積層型圧電素子及びその製造方法並びに分極方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09266332A true JPH09266332A (ja) | 1997-10-07 |
Family
ID=14243926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9930596A Pending JPH09266332A (ja) | 1996-03-28 | 1996-03-28 | 積層型圧電素子及びその製造方法並びに分極方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09266332A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6356008B1 (en) * | 1999-08-03 | 2002-03-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of polarizing piezoelectric body |
| JP2007335664A (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Tdk Corp | 積層型圧電素子及び圧電装置 |
| JP2012182214A (ja) * | 2011-02-28 | 2012-09-20 | Taiheiyo Cement Corp | 圧電アクチュエータおよび連結型圧電アクチュエータ |
-
1996
- 1996-03-28 JP JP9930596A patent/JPH09266332A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6356008B1 (en) * | 1999-08-03 | 2002-03-12 | Murata Manufacturing Co., Ltd. | Method of polarizing piezoelectric body |
| JP2007335664A (ja) * | 2006-06-15 | 2007-12-27 | Tdk Corp | 積層型圧電素子及び圧電装置 |
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